物理層與傳輸介質(zhì)

• 前言
• 一、常用的傳輸介質(zhì)
• 二、同軸電纜
• 三、雙絞線
• 四、光纖
• 五、串口電纜
• 六、光纖和雙絞線的對(duì)比
• 七、廣域網(wǎng)接口
• • 1、路由器物理接口的演進(jìn)
  • 2、以太網(wǎng)接口
  • • 2.1、10/100M以太網(wǎng)
    • 2.2、1000M以太網(wǎng)
    • 2.3、10G以太網(wǎng)
    • 2.3、100G以太網(wǎng)
  • 3、POS口
  • 4、以太網(wǎng)口和POS口的區(qū)別
• 總結(jié)

前言

??物理層是OSI模型的最底層，也是TCP/IP對(duì)等模型的最底層，它的主要功能是為數(shù)據(jù)端設(shè)備提供傳送數(shù)據(jù)通路、傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)也規(guī)范了線纜、電壓、接口等特性。
??如果是通信專業(yè)的學(xué)生，在很多專業(yè)課學(xué)習(xí)的都是物理層的知識(shí)，比如《通信原理》中描述的端到端通信所需要經(jīng)過的調(diào)制解調(diào)、復(fù)用技術(shù)、傳輸介質(zhì)等。
??物理層雖然是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最簡(jiǎn)單的一層，計(jì)算機(jī)學(xué)生只需要了解概念即可，但是在通信學(xué)生看來，確是需要經(jīng)過最少大學(xué)4年的修煉。

一、常用的傳輸介質(zhì)

??傳輸介質(zhì)主要分為有線和無線，因?yàn)閷懖┪牡哪康氖窍敕窒硪恍┤粘Ｔ跈C(jī)房勞作的網(wǎng)工的知識(shí)，所以本節(jié)主要介紹一些目前常用的有線傳輸介質(zhì)。包含同軸電纜、雙絞線、光纖、串口電纜。

二、同軸電纜

??自從家里換了電視之后。就再也沒見過同軸電纜了。小時(shí)候把那根線一拔，電視就泛白點(diǎn)，這也是我對(duì)同軸電纜的唯一印象。雖然現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本已不再使用，但是全球還有不少民用的存在，所以即使再過10-20年也可能依然存在。2018年世界杯的時(shí)候，解說員就說到，世界杯有一項(xiàng)要求就是比賽雙方的球隊(duì)除了球衣顏色要區(qū)分外，還必須身著深色和淺色球衣，這就是為了第三世界的國家在黑白電視上能分清楚雙方，而那種電視所用的信號(hào)線就是同軸電纜。
??同軸電纜是以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)的一種，目前在以太網(wǎng)中已經(jīng)很少使用。華為HCIA官方教材給出的同軸電纜如下圖所示。

??同軸電纜的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)有2種，分別是10BASE2和10BASE5。兩種標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率都可以達(dá)到10M，最長傳輸距離分別是185m和500m，前者稱為細(xì)同軸電纜，后者稱為粗同軸電纜，因?yàn)榇肿匀粋鞯倪h(yuǎn)啊，這很容易理解。對(duì)于以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，可以參照這一篇博文：https://blog.csdn.net/leon1741/article/details/105882130

三、雙絞線

??所謂的雙絞線，就是我們?nèi)粘Ｊ褂玫木W(wǎng)線，如果不從事和網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的職業(yè)，只能看到外面包裹的外層絕緣套和水晶頭，其實(shí)網(wǎng)線內(nèi)部是兩兩絞合的，所以稱為雙絞線，絞合的目的是為了消除彼此間的電磁干擾。雙絞線一共有8根線，顏色分別為橙白、橙、綠白、藍(lán)、藍(lán)白、綠、棕白、棕。
??雙絞線分為屏蔽雙絞線（Shielded Twisted Pair，STP）和非屏蔽雙絞線（Unshielded Twisted Pair，UTP），區(qū)別在于屏蔽雙絞線的雙絞線和外層絕緣套之間有一層金屬屏蔽層。華為HCIA官方教材給出的雙絞線如下圖所示。接頭稱為RJ-45接頭，常被稱為水晶頭。

??雙絞線目前的標(biāo)準(zhǔn)如下表所示：

網(wǎng)線類型標(biāo)準(zhǔn)最大傳輸距離最大傳輸距離

CAT5（五類線）	10BASE-T 100BASE-T	100Mbps	100m
CAT5e（超五類線）	1000BASE-T	1000Mbps	100m
CAT6（六類線）	1000BASE-T	1000Mbps 10Gbps	100m
CAT6A（超類線）	10GBASE-T	10Gbps	100m
CAT7（七類線）	10GBASE-T	10Gbps	100m

??目前需要關(guān)注的就是五類和超五類線，也只有超五類及更高級(jí)別的雙絞線支持1G（千兆）以太網(wǎng)傳輸。在現(xiàn)網(wǎng)中也有部分設(shè)備，甚至在運(yùn)營商城域核心網(wǎng)中也存在雙絞線作為傳輸介質(zhì)，俗稱電口，下一小節(jié)要介紹的光纖稱為光口。

四、光纖

??同軸電纜和雙絞線傳輸?shù)氖请娦盘?hào)，而光纖傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)，光信號(hào)的傳輸速率更快，而且傳輸距離更遠(yuǎn)，也是目前城域網(wǎng)高速率傳輸最常用的介質(zhì)，光纖之父高琨因其而獲得2009年諾貝爾獎(jiǎng)，對(duì)通信的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，沒有他就沒有現(xiàn)在的高速率上網(wǎng)。
??光纖的傳輸速率目前從10M、100M、1G、10G一直到400G，目前我見過的在運(yùn)營商骨干網(wǎng)上，100G的以太網(wǎng)已經(jīng)廣泛部署了。華為HCIA官方教材給出的光纖及接頭如下圖所示。

??光纖可以分為單模和多模光纖，單模只允許一種模式的光傳輸，多模可以允許多種模式的光。因?yàn)橐环N模式的光在傳輸時(shí)不存在模間色散，因此可以傳輸更長的距離。多種模式的光由于模間色散導(dǎo)致信號(hào)脈沖展寬嚴(yán)重，所以傳輸距離不長。目前光纖的傳輸距離最大能達(dá)到幾十公里，所以在城域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)中需要部署波分和傳輸通道，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行中繼，使之可以傳輸更遠(yuǎn)的距離。光纖常用的連接器包括ST、SC、FC、LC。
??10G及以下光纖的標(biāo)準(zhǔn)：

線纜標(biāo)準(zhǔn)線纜類別最大傳輸距離

10BASE-F	單模/多模	2000m
100BASE-FX	單模/多模	2000m
1000BASE-LX	單模/多模	316m
1000BASE-SX	多模	316m
10GBASE-LR	單模	10km
10GBASE-ER	單模	40km

??2010年IEEE組織發(fā)布了IEEE802.3ba標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)定義了兩種傳輸速率（40G和100G），共有四種不同的標(biāo)準(zhǔn):40GBASE-CR4、40GBASE-SR4、100GBASE-CR10、100GBASE-SR10。后期發(fā)布了IEEE802.3bg、IEEE802.3bj、IEEE802.3bm、IEEE802.3bq等標(biāo)準(zhǔn)。
??40G及以上部分光纖的標(biāo)準(zhǔn)：

以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)線纜標(biāo)準(zhǔn)線纜類別最大傳輸距離

IEEE802.3ba	40GBASE-SR4 100GBASE-SR10	多模	100m 125m
IEEE802.3bg	40GBASE-FR	單模	2000m
IEEE802.3bj	不介紹	不介紹	不介紹
IEEE802.3bm	40GBASE-LR4 100GBASE-LR4	單模	10000m
IEEE802.3bq	不介紹	不介紹	不介紹

??可以參考鏈接：
??https://www.gigalight.com/cn/bbs/faq-1510.html

??單模和多模光纖的對(duì)比：

光纖類型單模多模

顏色	黃色	淡綠色、橘紅色
纖芯	細(xì)	粗
材質(zhì)	精致	普通
標(biāo)識(shí)	SM	MM
色散	小	大
距離	遠(yuǎn)	近
成本	高	低

五、串口電纜

??常用的串口電纜標(biāo)準(zhǔn)是RS-232，傳輸距離為6m，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被USB取代了。RS-232沒有定義接頭的標(biāo)準(zhǔn)，常用的有DB-9和DB-25，V.24是RS-232標(biāo)準(zhǔn)的歐洲版。華為HCIA官方教材給出的串口電纜如下圖所示。

線纜類別速率

V.24	1.2kbps-64kbps
V.35	1.2kbps-2.048kMbps

六、光纖和雙絞線的對(duì)比

線纜類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場(chǎng)景

雙絞線	價(jià)格低 安裝簡(jiǎn)單	傳輸速率低 傳輸距離短	目前超五類已經(jīng)能達(dá)到1G傳輸速率 六類和超六類速率也較高
光纖	傳輸速率高 傳輸距離遠(yuǎn) 抗干擾性好	成本高 安裝復(fù)雜 環(huán)境要求高	長距離、高速率的傳輸 光傳輸是未來的趨勢(shì)

七、廣域網(wǎng)接口

1、路由器物理接口的演進(jìn)

??華為官方教材給出的路由器物理接口的演進(jìn)圖如下所示，目前POS口已經(jīng)成熟，且峰值速率只能達(dá)到40G，但是以太網(wǎng)還可以不斷發(fā)展，目前已經(jīng)發(fā)布了400G標(biāo)準(zhǔn)。

2、以太網(wǎng)接口

??上文已經(jīng)對(duì)介質(zhì)中的標(biāo)準(zhǔn)和傳輸速率進(jìn)行了介紹，這一小節(jié)對(duì)以太網(wǎng)速率對(duì)應(yīng)的接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸類。
??常見的以太網(wǎng)類型：
??10M以太網(wǎng)：標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)
??100M以太網(wǎng)：快速以太網(wǎng)
??1000M以太網(wǎng)：千兆以太網(wǎng)
??10000M以太網(wǎng)：萬兆以太網(wǎng)
??100000M以太網(wǎng)：100G以太網(wǎng)
??目前還有核心設(shè)備使用快速以太網(wǎng)，比如思科的7609就有以太網(wǎng)端口叫做FastEthernetkou，速率是100M。

2.1、10/100M以太網(wǎng)

??10BASE-T：采用兩對(duì)非屏蔽的3類、4類、5類雙絞線，T表示雙絞線（Twisted）。
??100BASE-TX：采用兩對(duì)屏蔽的雙絞線或者5類非屏蔽雙絞線，TX表示兩對(duì)高質(zhì)量的雙絞線。
??100BASE-FX：采用兩根光纖，一根用于發(fā)送，一根用于接收，FX表示2根光纖。

2.2、1000M以太網(wǎng)

??1000BASE-T：超五類雙絞線
??1000BASE-SX：只用于多模
??1000BASE-LX：主要用于單模，也可以用于多模

2.3、10G以太網(wǎng)

??10GE以太網(wǎng)有兩類：
??串行的10BASE-S/L/E：
??10GBase-S：短距，850nm，多模
??10GBase-L：長距，1310nm，單模
??10GBase-E：超長距，1550nm，單模

2.3、100G以太網(wǎng)

??有IEEE802.3ba、IEEE802.3bg、IEEE802.3bj、IEEE802.3bm、IEEE802.3bq。

3、POS口

??對(duì)于POS口，目前應(yīng)用較少，運(yùn)營商骨干網(wǎng)上會(huì)有部分使用，但都已經(jīng)逐漸退換，最大傳輸速率可以達(dá)到40G。
??POS：PacketOver SONET/SDH：在SONET/SDH上承載IP包或者其他包的傳輸技術(shù)。POS將長度可變的數(shù)據(jù)包直接映射進(jìn)SONET同步載荷中，使用SONET物理層傳輸標(biāo)準(zhǔn)，提供了一種高速、可靠、點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)連接，并采用光纖進(jìn)行傳輸。具體原理我也不是很清楚。
??POS口的傳輸標(biāo)準(zhǔn)分為SONET和SDH。
??SONET（Synchronous Optical Network）：同步光纖網(wǎng)，是北美和日本的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，采用OC-n速率格式。
??OC-n：Optical Carrier Level n（光載體等級(jí)）是光纖傳輸?shù)囊环N單位，最小的單位為OC-1，速率是51.84Mbps（記住這個(gè)數(shù)字，OC-n速率就是51.84×n）。
??SDH（Synchronous Digital Hierarchy）：同步數(shù)字系列，歐洲、中國的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，采用STM-n速率格式。
??STM：Synchronous Transport Module：同步傳輸模塊。

4、以太網(wǎng)口和POS口的區(qū)別

??1、兩者雖然都可以達(dá)到10G、40G，但是以太網(wǎng)可以達(dá)到更大速率。
??2、POS口采用PPP或者HDLC二層來封裝IP，報(bào)頭最長9字節(jié)，也可能是7字節(jié)。而以太網(wǎng)封裝報(bào)頭最少是18字節(jié)，所以POS口對(duì)IP報(bào)文的傳輸效率更高。
??3、以太網(wǎng)接口和單板價(jià)格更低，10G以太網(wǎng)接口是同速率POS口價(jià)格的近一半。

總結(jié)

??文章主要介紹了物理層常用的傳輸介質(zhì)，以及對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)介紹了各種以太網(wǎng)速率所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，最后介紹了POS口，以及它和以太口的區(qū)別。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的物理层与传输介质的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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